湖州地區(qū)輸電線路防雷措施的選擇*

康 宏，陶曉東，楊擁軍

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

雷擊跳閘一直是電力系統(tǒng)故障一大主因，造成的危害極大，例如造成設(shè)備損壞等.電力系統(tǒng)防雷工作是一項極為重要的工作，由于變電所、變壓器等設(shè)備相對面積較小，在設(shè)計建設(shè)時也相對考慮到了防雷措施，所以遭受雷擊的概率極小，同時對變電所、變壓器等設(shè)備的防雷保護措施較為方便齊全.相對的，輸電線路地處荒郊野外，地貌、地形、氣候變化極大，桿塔往往在地面上處于較高的位置，所以遭受雷擊遠比變電所、變壓器等設(shè)備的概率大，同時所涉及的路徑較長，防雷保護措施投資極大，而且涉及到的因素（土壤電阻率、接地情況等）過多過于復(fù)雜，所以防雷效果不是很好，所以采取有效的線路防雷保護措施是確保電網(wǎng)安全可靠運行的重中之重.

1 雷電線路跳閘原理分析

線路雷害事故產(chǎn)生的原因主要有直擊、反擊和繞擊.對地放電的雷云大多數(shù)都是負極性，自雷云向大地發(fā)展的先導(dǎo)通道中分布的電荷與雷云的極性相同.當(dāng)雷擊避雷針、線路桿塔、架空地線或?qū)Ь€等物體時，在主放電過程中，負電荷形成的電流波沿主放電通道及被擊物體向下運動，對于接地物體，該電流迅速流向大地.

雷擊桿塔的耐雷水平I1可由線路絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%求得公式：

其中：K為避雷器與導(dǎo)線間的耦合作用，耦合系數(shù)；β為一般長度檔距的線路桿塔分流系數(shù)（表1）；RCh為桿塔沖擊接地電阻；Lgt為經(jīng)桿塔的電流；hd為電壓在桿塔上的分布高度.

根據(jù)公式可得避雷器的線路耐雷水平，雷擊桿塔時的耐雷水平I1不應(yīng)低于表2所列數(shù)值.

距避雷線最遠的導(dǎo)線，其耦合系數(shù)最小，一般較易發(fā)生反擊.線路的耐雷水平相對比較低，較低的雷電流（20 k A左右）有可能造成線路的跳閘，而線路的繞擊耐雷水平較低的雷電流（30 k A左右）就有可能造成線路的跳閘.由于雷電流負極性占絕大多數(shù)，所以直流超高壓線路的正極更易受到雷擊.

表1 一般長度檔距的線路桿塔分流系數(shù)β

2 近幾年湖州地區(qū)落雷情況分析

位于浙江省北部的湖州市地理地形變化較多，也較明顯.湖州東部為平原地帶，西部安吉縣、長興縣為多山地區(qū).湖州獨特的地理位置造成該地區(qū)雷電活動頻繁的氣象特點.

由表3，可以看出，湖州2007－2011年這五年時間內(nèi)雷電活動相對較頻繁.年平均有雷日為230天左右，在這五年內(nèi)湖州地區(qū)雷電活動強度有上升趨勢，而且山區(qū)的落雷密度明顯高于平原地區(qū).

表3 2007－2011年湖州地區(qū)落雷情況統(tǒng)計

以2011年為例的表4看出：湖州地區(qū)每年的4月至9月是雷電多發(fā)期，以7、8、9月最多（每年雖有偏差，但大致一致），此時雷電不僅落雷密度大，雷電幅值高，因此線路遭受雷擊跳閘集中發(fā)生在4～9月中.

表4 2011年各月落雷情況

3 湖州地區(qū)輸電線路雷擊跳閘統(tǒng)計

2010－2011年兩年中，湖州電網(wǎng)雖積極采用各項防雷措施，但是應(yīng)雷擊而導(dǎo)致的線路跳閘線路還是時有發(fā)生，并占線路總跳閘概率的絕大部分，其中2010年雷擊線路跳閘占總體跳閘的68.627%，2011年雷擊線路跳閘占總體跳閘的83.333%（見表5）.

表5 2010－2011年湖州地區(qū)線路跳閘情況

2011年，在工區(qū)所管轄輸電線路長度增長、地區(qū)雷電活動更頻繁的情況下，通過工區(qū)的各項防雷措施的實施，線路雷擊跳閘次數(shù)得到很好的抑制.

2010年，我們對110kV及以上雷擊線路的統(tǒng)計分析可見：安吉、長興山區(qū)范圍內(nèi)線路跳閘27條次，德清范圍跳閘4條次，兩區(qū)范圍4條次.

安吉、長興山區(qū)線路雷擊跳閘次數(shù)占雷擊總跳閘的80%.針對山區(qū)地形易招雷擊的情況，工區(qū)在輸電線路架設(shè)時就采取了有效的措施，如在安英2417線采取接地模塊，長昆2P89線和昆太2P88線則較大規(guī)模的使用側(cè)向避雷針等，這些防雷措施都取得了很好的成效.而跳閘次數(shù)較多的35 k V線路則比較集中在湖青3478線、州紐3470線上.

4 湖州地區(qū)防雷措施的選擇

4.1 防雷綜合治理思路

（1）經(jīng)統(tǒng)計，反擊雷占跳閘比例的60%多，因此防反擊是防雷治理的重點.目前的防繞擊的耦合地線、防繞擊針等大多數(shù)的方法都是進行屏蔽攔截繞擊雷，對攔截的雷電如果反擊耐雷水平不高，也可能引起反擊跳閘.因此防雷要優(yōu)先考慮防反擊，兼顧防繞擊，而且重雷區(qū)與多雷區(qū)的劃分要進行運行分析.

（2）落雷密度大的區(qū)域要首先考慮，偏離高落雷密度區(qū)的跳閘也應(yīng)重點考慮.這可以運用浙江電力公司雷電定位系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，并用湖州電力局輸電運檢工區(qū)實際運行數(shù)據(jù)分析和運行經(jīng)驗判斷也十分必要.

（3）防雷應(yīng)優(yōu)先考慮多雷區(qū)、重雷區(qū)，多措施并舉.雷擊是小概率事件，全面開花治理，其費用及人力成本太大，集中人力及費用分輕重緩急、逐步推進是合理的選擇.目前對雷電的各項參數(shù)的認知還不是很準確，雷擊數(shù)理模型也不十分恰當(dāng)，這影響了防雷措施的針對性，湖州地區(qū)東西部地理地形、周邊環(huán)境的多樣性也制約了一些防雷措施的使用，因此在防雷方面多措施并舉，互相補充效果更好.

4.2 可實際采用的各項防雷措施

在以往輸電運檢工區(qū)運行管理的工作經(jīng)驗中，我們發(fā)現(xiàn)雷擊線路桿塔的耐雷水平是比較高的，雷電流超過耐雷水平的概率很小，但是雷繞擊線路的耐雷水平卻很不理想，因此減少繞擊率是防雷的關(guān)鍵.

按照國內(nèi)外現(xiàn)行的電氣幾何模型，我們對避雷線的保護效果進行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)線路有避雷線時，只要避雷線的保護角合適就能有效的降低繞擊率.避雷線對邊導(dǎo)線的保護角應(yīng)盡量小一些，66 k V及以下輸電線路一般采用20°～30°為宜；山區(qū)110kV輸電線路宜采用25°；220 k V雙避雷線線路為20°左右；500 k V一般不大于15°.

同時可考慮架設(shè)耦合地線.耦合地線具有加大分流和加大耦合的作用，可以使塔頂電位下降，減少反擊事故.在桿塔結(jié)構(gòu)已固定，接地電阻也不易進一步降低時，可考慮加裝耦合地線.據(jù)參考文獻介紹，在一條220 k V雙避雷線線路上架設(shè)耦合地線后，耦合系數(shù)由0.275 1增大到0.363 5，分流作用也明顯增大，架設(shè)耦合地線可提高耐雷水平20%～40%，沿桿塔入地電流減少7%～12%，架設(shè)單根耦合地線相當(dāng)于降低接地電阻30%左右.

輸電運檢工區(qū)作為輸電線路的運行管理單位，綜合考慮工區(qū)現(xiàn)有的人力、物力，應(yīng)將工作的重點放在重雷區(qū)桿塔降低接地電阻、安裝避雷器和絕緣子的調(diào)爬工作上.

（1）每年有計劃的對管轄的桿塔電阻值進行測量，確保測量值準確，針對不合格桿塔及時整改，降低桿塔接地電阻.對土壤腐蝕嚴重的地區(qū)進行“兩棒”開挖工作，查明接地體受腐蝕情況，在雷電活動頻繁期來臨前修繕好.由表6可以看出，接地電阻在發(fā)生雷擊事故中占很大因數(shù).

表6 110～500 k V線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關(guān)系

① 針對個別接地電阻值較大的情況，應(yīng)使用降阻劑將接地電阻值控制在合格范圍內(nèi).降阻劑的p H值一般在7.6～8.5之間，呈中性略偏堿，對接地體有鈍化保護作用，故基本無腐，但是要注意長期使用后的土壤腐蝕情況和防雷擊效果.

② 在土壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用桿塔的自然接地電阻，采用與線路平行的地中伸長地線的辦法可以因其與導(dǎo)線間的耦合作用而降低絕緣子串上的電壓，從而使線路的耐雷水平提高，同時可使用接地模塊.接地模塊主要材料是石墨，它具有很強的保濕性和吸濕性，對壞境敏感度十分低，幾乎不受外界影響.工區(qū)已經(jīng)在現(xiàn)有的安英2417線上大量使用，防雷效果很好.

（2）在重雷區(qū)桿塔上有針對性的采用線路避雷器.根據(jù)運行經(jīng)驗總結(jié)工區(qū)統(tǒng)計出易雷擊桿塔，在其上架設(shè)避雷器.現(xiàn)階段工區(qū)采用的避雷器主要有純空氣間隙和氧化鋅介質(zhì)的避雷器兩種.

在2010年的技改項目中，工區(qū)集中力量對湖青3478線、州紐3470線易招雷擊的桿塔上加裝了YH5CX－5／134型純空氣間隙避雷器.加裝了避雷器的線路在2011年的雷擊統(tǒng)計中跳閘次數(shù)明顯減少.

ZnO避雷器其結(jié)構(gòu)簡單、體積少、重量輕、通流能力較高，遭受雷擊時無工頻續(xù)流，不存在熄弧問題（見表7）.加裝避雷器以后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷器傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，因而絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò).

表7 工區(qū)現(xiàn)使用的ZnO避雷器參數(shù)

（3）調(diào)整線路的絕緣水平，加大調(diào)爬力度.線路上的絕緣子因長期處在交變電場作用下，絕緣性能會逐漸下降，當(dāng)絕緣子絕緣降低或失去絕緣時，其分布電壓就要降低或呈零值.這些有缺陷的絕緣子如不能及時發(fā)現(xiàn)和更換，就會降低線路絕緣水平，容易發(fā)生閃絡(luò)事故，尤其當(dāng)雷擊絕緣子有缺陷的桿塔時，桿塔絕緣子閃絡(luò)的機率就會增大，因此線路的絕緣子進行定期測試，及時發(fā)現(xiàn)和更換低值、零值、閃絡(luò)絕緣子顯得很重要.

對于絕緣水平較低的線路，可通過加長合成絕緣子結(jié)構(gòu)長度，增加絕緣子片數(shù)，更換老式瓷質(zhì)絕緣子等措施，增加絕緣子的爬電距離，提高線路的耐雷水平.

現(xiàn)階段工區(qū)已經(jīng)全部淘汰了老式的瓷質(zhì)絕緣子，逐步更換成復(fù)合、玻璃絕緣子.復(fù)合、玻璃絕緣子較瓷質(zhì)絕緣子有強度高、重量輕、耐雷電壓高的特點.

5 結(jié)束語

由于雷電現(xiàn)象的復(fù)雜性和雷電活動的分散性，雷擊幾率受制約因數(shù)的多樣性，它的危害不可能完全消除和避免.我們只能不斷努力探索和嘗試，使危害程度降到最低限度，為大幅度降低或消除雷害事故，必須在實踐中探索，不斷積累運行經(jīng)驗，完善輸電線路的防雷措施，采取更有效的防雷措施.

線路整體防雷水平的提高需要一個較長周期，因此針對每年的防雷改造工作，收集、統(tǒng)計、分析各種數(shù)據(jù)，對掌握運行線路防雷工作薄弱點及開展以后如何選擇重點地區(qū)開展防雷工作具有指導(dǎo)意義.我們只有不斷在設(shè)計、施工、運行、檢修等環(huán)節(jié)采用新的技術(shù)，全面提高線路耐雷水平，才能減少線路雷擊跳閘.

［1］周澤存，沈其工.高電壓技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］許彬，陳榮彪，劉剛，等.基于PSCAD耦合地線提高輸電線路耐雷水平的仿真研究［J］.華東電力，2013，41（1），106－109.